硬件工程师必知必会系列(2):一款巧妙的防电压反接保护电路

Author: Jackie Long

比较常用且简单的电压反接保护(Reverse Voltage Protect, RVP)

电路有很多,比如使用一个二极管串联在输入直流电源线路上,或使用全桥整流堆的方案,这些地球人几乎都知道,但这些电路都有共同的缺点:由于二极管有一定的压降,不适合输入电压比较低的应用场合,而且电流很大时损耗也很大(发热)

这里我们介绍一款高逼格的RVP电路,而且简单、实用、巧妙(用多少赞美的语言都无法表达对此电路的崇拜之情,膝盖早已献上,么么哒),适用于对保护电路要求更高的场合,可能大多数电子工程师都不知道,如下图所示的增强型NMOS管RVP电路:

硬件工程师必知必会系列(2):一款巧妙的防电压反接保护电路

当输入电压极性正确时,NMOS的寄生二极管将先一步导通,这样NMOS管的栅-源电压VGS约为输入电压(小一个二极管压降),如下图所示:

硬件工程师必知必会系列(2):一款巧妙的防电压反接保护电路

此时二极管是有一定压降的(有损耗),但VGS使NMOS管导通后将寄生二极管短路,此时电流将从NMOS管沟道流过,如下图所示:

硬件工程师必知必会系列(2):一款巧妙的防电压反接保护电路

现在的NMOS管导通电阻可以做到毫欧姆级别,因此损耗将非常低,

而当电源极性反接时,寄生二极管因反向偏置而截止,由于栅-源电压VGS不满足条件,NMOS管也是截止的,电路系统将不予工作,如下图所示:

硬件工程师必知必会系列(2):一款巧妙的防电压反接保护电路

上述电路仅适合输入电压不高于NMOS管栅-源电压(典型值不超过12V)的场合,否则将可能损坏MOS管,这时我们需要添加一些附属电路,比如电阻分压电路,如下图所示:

硬件工程师必知必会系列(2):一款巧妙的防电压反接保护电路

当然,如果你担心输入电压波动太大(从而分压过大),而且荷包也足够饱满的话,也可以加个稳压二极管,如下图所示:

硬件工程师必知必会系列(2):一款巧妙的防电压反接保护电路

用PMOS管也可以实现这个功能,如下图所示:

硬件工程师必知必会系列(2):一款巧妙的防电压反接保护电路

它的分析原理与NMOS管RVP电路完全一致,针对输入电压大于PMOS栅-源电压的场合,其附属电路与PMOS管也是一样的,本文不再赘述。

当然,NMOS管的导通电阻RDS(ON)比PMOS管小(参考文章"游泳成绩决定命运:PMOS管斗不过NMOS管的真正原因"),在适当的场合可以考虑这一点。


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